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IT House News le 21 août, l'Université de Yanshan a publié un communiqué de presse le 19 août, déclarant qu'elle coopérait avec l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences,Des progrès importants ont été réalisés dans les matériaux cathodiques à base d'oxyde de sodium en couches, et des résultats de recherche pertinents ont été publiés dans la revue "Science".

Présentation de l'équipe

Le professeur Huang Jianyu a dirigé l'équipe du Laboratoire clé d'État de technologie et de science de préparation des matériaux métastables de l'Université de Yanshan, et a coopéré avec les équipes de recherche de l'Institut de physique, de l'Académie chinoise des sciences et du Centre de recherche en physique du delta du fleuve Yangtze, et a publié des publications pertinentes. résultats dans le magazine Science Ph.D. de l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences Yang Wei, un étudiant, et Wang Zaifa, titulaire d'un doctorat de l'Université de Yanshan, sont les premiers auteurs de l'article.

Contexte du projet

Les matériaux de cathode d'oxyde en couches occupent une position centrale dans les domaines des batteries lithium-ion et des batteries sodium-ion en raison de leur excellente capacité élevée et de leurs caractéristiques de production évolutives.

Grâce à la grande disponibilité des ressources en sodium et à la grande flexibilité dans la sélection des éléments de métaux de transition - il n'est pas nécessaire de compter sur du cobalt et du nickel coûteux, mais du fer et du cuivre plus rentables peuvent être utilisés comme alternatives, l'oxyde de sodium en couches d'ions les matériaux cathodiques démontrent une rentabilité significative.

Cependant, la sensibilité à l’air de ce type de matériau a troublé la communauté de recherche sur les matériaux cathodiques à base d’oxyde de sodium en couches pendant plus de quatre décennies et est devenue un obstacle majeur qui doit être surmonté dans son processus de commercialisation.

Résultats de recherche du projet

L’équipe de recherche a souligné que la rupture du couplage entre les gaz est un facteur externe clé pour parvenir à un stockage stable des matériaux.

Quantification de la dégradation acide et oxydative et principes de développement et de conception de matériaux cathodiques d'oxyde de sodium en couches d'ions sodium intrinsèquement stables à l'air Photo gracieuseté de l'équipe du projet

En utilisant le NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 (NFM111) largement étudié comme matériau modèle, l'équipe a élargi ses homologues et utilisé une combinaison de microscopie électronique à transmission dans l'atmosphère ambiante in situ, méthode de marquage isotopique, spectrométrie de masse des ions secondaires, neutrons. diffusion et rayonnement synchrotron. Des méthodes de caractérisation avancées telles que la spectroscopie d'absorption des rayons X ont montré que la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone ou l'oxygène seuls ne provoqueront pas de réactions de détérioration significatives, remettant en question l'opinion traditionnelle selon laquelle ces trois gaz (en particulier la vapeur d'eau) peuvent provoquer à eux seuls. réactions de détérioration sévères :

• La vapeur d’eau joue un rôle clé dans le processus de dégradation, peut relier le dioxyde de carbone et l’oxygène aux matériaux, induisant respectivement une dégradation acide et oxydative.

• dans,dégradation acideCela déclenchera un échange violent de Na+/H+ et formera du carbonate de sodium ou du bicarbonate de sodium à la surface du matériau. Il déclenchera également la croissance de fissures, la distorsion du réseau, la génération de dislocations, ainsi que la réduction et la reconstruction des ions de métaux de transition en surface dans des conditions fortement acides. réactions ultérieures ;

• Dégradation oxydative, les ions de métaux de transition avec un potentiel rédox d'oxyde plus faible dans la phase globale (plus proche du niveau de Fermi) seront oxydés préférentiellement et les ions sodium seront libérés à la surface pour équilibrer la charge. sont généralement instables et peuvent être facilement réduits, déclenchant une reconstruction de surface.

Parallèlement, l’équipe de recherche a également développéUne méthode standardisée de test de stabilité de l'air basée sur la technologie de titration en phase gazeuse, utilisé pour évaluer quantitativement la contribution de différentes voies de réaction et la stabilité à l'air de différents matériaux.

Sur la base des résultats quantitatifs de perte de sodium après dégradation de plus de 30 matériaux et des résultats de recherches antérieures, combinés au potentiel ionique et à la teneur initiale en sodium de chaque composant,Le coefficient de compétition cationique η est défini, et j'ai trouvé :

• La dégradation acide domine les réactions de dégradation de la plupart des matériaux ;

• En réduisant le coefficient de compétition cationique et en augmentant la taille des particules du matériau, la résistance aux acides du matériau peut être efficacement améliorée ;

• Le principal facteur qui peut améliorer efficacement la capacité anti-oxydante des matériaux est la sélection de couples rédox à haut potentiel.

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